corso di elettronica industriale - dei.unipd.itpel/2012 elettronica industriale -...
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E I
Corso diCorso diELETTRONICA INDUSTRIALEELETTRONICA INDUSTRIALE
Corso diCorso diELETTRONICA INDUSTRIALEELETTRONICA INDUSTRIALE
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CONVERTITORI CA/CC A TIRISTORICONVERTITORI CA/CC A TIRISTORI
E I
Per la conversione dalla corrente alternata monofase o trifase alla corrente continua si usano spesso schemi a ponte di Graetz
Si usano diodi di potenza per realizzare
Convertitori alternata / continua
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Si usano diodi di potenza per realizzare convertitori non controllati e tiristori per i convertitori controllati. Schemi ibridi sono attualmente poco comuni
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Nella parte superiore del ponte, conduce il diodo connesso alla fase la cui tensione istantanea è massima e, nella parte inferiore, il diodo connesso alla fase la cui tensione istantanea è minima
L Ra a
.
12 5
eee
123
i1
E
L R
i
v
+
-
a a
a+
-
o
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L Ra a
.Vi sono sempre solo due diodi in conduzione contemporanea, uno nella parte superiore ed uno nella parte inferiore del ponte
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eee
123
i1
E
L R
i
v
+
-
a a
a+
-
o
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L Ra a
.Il passaggio della conduzione da un diodo all’altro (commutazione) avviene naturalmente all’incrocio tra le forme d’onda delle tensioni di due fasi successive
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eee
123
i1
E
L R
i
v
+
-
a a
a+
-
o
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t
e 1 e 2 e 3
Ponte di Graetz trifase non controllato
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t
Nel circuito in continua, l’uscita positiva segue la tensione della fase con valore istantaneo massimo
E I
t
e 1 e 2 e 3 vp
Ponte di Graetz trifase non controllato
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t
Nel circuito in continua, l’uscita positiva segue la tensione della fase con valore istantaneo massimo
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t
e 1 e 2 e 3 vp
Ponte di Graetz trifase non controllato
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tvn
Similmente, l’uscita negativa segue la tensione della fase con valore istantaneo minimo
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t
e 3 vp
Ponte di Graetz trifase non controllato
La tensione continua si ottiene dalla differenza fra le
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t
t
vn
v = -pv nvo
fra le tensioni dell’uscita positiva e di quella negativa
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t
La tensione continua presenta una ondulazione, a frequenza sei volte quella di rete, sovrapposta al suo valore medio
.
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t
t
vn
v = -pv nvo
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Ponte di Graetz trifase non controllato
In un ponte di Graetz trifase, ogni fase conduce per 120 gradi sia in senso positivo che negativo. Invece per un ponte monofase le fasi conducono in ciascun senso per 180
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fasi conducono in ciascun senso per 180 gradi
Con elevato valore dell’induttanza di carico l’oscillazione della corrente di uscita è ridottae nelle fasi si hanno correnti con forma d’onda prossima a quella rettangolare, in fase con le rispettive tensioni
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ei1
L R
i +
a a
a+
Ponte di Graetz trifase controllato
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eee
123
1
Ev
--
o
Sostituendo, sia nei ponti monofase chein quelli trifase, tutti i diodi con tiristori siottengono ponti totalmente controllati
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αα max = 180
o
e2
Ponte di Graetz trifase controllato
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2e1
I tiristori consentono di ritardare l’istante di commutazione, cioè di passaggio della conduzione da una fase alla successiva
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αα max =
Ponte di Graetz trifase controllatoLa commutazione si ottiene dando un comando di accensione ad ogni tiristore, sia nel semiponte
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e1
e3
nel semiponte positivo che in quello negativo, ritardato di un angolo α rispetto all’istante di commutazione naturale
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Ponte di Graetz trifase controllato
L’accensione del tiristore comandato provoca la polarizzazione inversa e quindi lo spegnimento (naturale) del tiristore che era in conduzione nello stesso semiponte
Nel ponte trifase le commutazioni successive,
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Nel ponte trifase le commutazioni successive, che si alternano tra il semiponte positivo e quello negativo, sono sfasate di 60 gradi
Il ritardo di commutazione provoca fronti ripidinella forma d’onda della tensione prodotta sul carico in c.c.
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t
Il valore medio della tensione di uscita diminuisce all’aumentare dell’angolo α.Tale valore medio diventa negativo per valori di α maggiori di 90 gradi (funzionamento da invertitore)
.
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t
t
vnv = -pv nvo
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oTensione media di uscita
Si dimostra facilmente che la tensione media di uscita è proporzionale a cos(α):
6
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V V
V V
o LLeff
o LLeff
=
≅
62
135
πα
α
cos( )
. cos( )
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Invertitore
Vmax
Vo
Tensione media di uscita
V VLLeffmax = 62π
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α 0 18090
Raddrizzatore
Invertitore
-Vmax
Vo
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Correnti nei ponti trifase controllati
In un ponte controllato, con ritardo di accensione α la conduzione delle varie fasi dura ancora 120 gradi nei sistemi trifase, ma questa risulta sfasata dello
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trifase, ma questa risulta sfasata dello stesso angolo α rispetto alla tensione di fase corrispondente
Con alti valori della componente induttiva del carico in corrente continua, nelle fasi si ha un andamento prossimo a quello rettangolare
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e1 e2
Funzionamento da invertitorePer α > 90°la tensione di uscita si inverte mentre la corrente rimane positiva. Si inverte così il verso della
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2i
3i
così il verso della potenza in c.c. e si richiede, nel circuito in continua, la presenza di un generatore che eroghi tale potenza verso il lato c.a.
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Funzionamento da invertitore
e1 e2La potenza nelle fasi diventa anch’essa negativa perché la componente fondamentale
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2i
3i
la componente fondamentale della corrente di fase risulta sfasata più di 90°rispetto alla corrispondente tensione
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Funzionamento da invertitore
e1 e2 Per assicurare l’andamento rettangolare della corrente di fase è indispensabile la
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2i
3i
corrente di fase è indispensabile la presenza di una grande componente induttiva nel carico in c.c.
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Funzionamento da invertitore
e1 e2 In pratica, per dare un buon margine per le commutazioni
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2i
3i
commutazioni dei tiristori è necessario limitare il massimo ritardo α≤ 150°
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Ondulazione di corrente
Con valori limitati della componente induttiva dell’impedenza del carico in c.c. (corrente continua), la corrente nelle fasi in c.a. (corrente alternata) si allontana
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(corrente alternata) si allontana dall’andamento rettangolare e si ha una sensibile ondulazione nel carico in c.c.
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i
Ponte di Graetz monofase controllatoIl funzionamento del ponte monofase controllato è analogo a quello del ponte trifase.
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e
i del ponte trifase.Soltanto, le commutazioni sono a 180 gradi e contemporanee nei due semiponti positivo e negativo
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Ponte di Graetz monofase controllato
i
L’accensione dei tiristori comandati provoca la polarizzazione inversa e quindi lo
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e
i inversa e quindi lo spegnimento (naturale) degli altri due tiristori che erano in conduzione
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.Nel ponte monofase controllato la tensione media di uscita è anch’essa proporzionale a cos(α):
= 2 2 α
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V V
V V
o eff
o eff
=
≅
2 2
0 9
πα
α
cos( )
. cos( )
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α nvv = pvo
Correnti nei ponti monofase controllati
In un ponte monofase controllato, la corrente di fase è
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α n v = pvo
i
fase è ritardata di un angolo αanalogamente a quanto si verifica nei ponti trifase
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+
Convertitori CA/CA a triac
La regolazione della tensione alternata applicata ad un carico si può
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e+
-
ad un carico si può fare ponendo in serie al circuito di alimentazione un TRIAC
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Convertitori CA/CA a triac
+
Come è noto, il triac è un componente che si comporta come una coppia di
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e+
-
si comporta come una coppia di SCR connessi in parallelo in verso opposto, con un unico elettrodo di comando
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Convertitori CA/CA a triac
+
Come tutti gli SCR, il triac viene acceso dal comando
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e+
-
dal comando e si spegne quando cessa la corrente che lo attraversa
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Convertitori CA/CA a triac
+
La regolazione è ottenuta ritardando l’accensione di un angolo α rispetto all’inizio del semiperiodo. Si
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e+
-
semiperiodo. Si ottiene una semionda tagliata la cui componente fondamentale è inferiore a quella dell’onda piena
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v
Convertitori CA/CA a triac
La regolazione deforma la tensione e la corrente sul carico introducendo uno sfasamento ed una
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α
i
sfasamento ed una grande quantità di armoniche. Queste ultime possono essere parzialmente filtrate dal carico se esso è induttivo